ELETROSTÁTICA PROFESSOR : MARCELO ALANO. Eletrostática Processos de eletrização.

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• ELETROSTÁTICA

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EletrostáticaProcessos de eletrização

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ESTRUTURA ATÔMICA

Prótons (p+)

Nêutrons (n0)

Elétrons (e-)

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Estrutura atômicaPrincipais características dos átomos

• Cada átomo é composto de um núcleo positivamente carregado, rodeado por elétrons negativamente carregados.

• Os elétrons de todos os átomos são idênticos. Cada um deles possui mesma quantidade de carga negativa e a mesma massa.

• Prótons e nêutrons constituem o núcleo. Os prótons são cerca de 1800 vezes mais massivos do que os elétrons, mas carregam consigo a mesma quantidade de carga positiva que os elétrons possuem de carga negativa. Os nêutrons possuem uma massa ligeiramente maior do que a dos prótons e não possuem carga elétrica.

• Normalmente, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons, de modo que possuem carga elétrica líquida nula (átomo neutro).

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Estrutura atômicaExemplo: O modelo de um átomo de hélio.

O núcleo atômico é formado por dois prótons e dois nêutrons.

Os prótons positivamente carregados atraem os dois elétrons negativamente carregados.

A carga líquida deste átomo vale zero e, portanto, este átomo está eletricamente neutro.

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Eletricidade

Tudo depende do

eletron

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Robert Millikanmediu nossas massas e determinou, usando o

resultado de Thomson, a nossa carga.

Robert Millikan1868 – 1953Nobel 1923

m = 9,1 x 10-31 kg

e = 1,6 x 10-19 C

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Modelo de Thomsom

Modelo de Rutherford

Modelo de Bohr

Modelo de Bohr- Sommerfeld

Modelo atualOrbitais: s, p, d,f

Muitos foram os modelos de átomos, nossa moradia.

O atual leva em conta o Princípio da Incerteza.

Não somos encontrados em endereços certos, mas em regiões prováveis.

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Por termos cargas negativas, entre nós existe repulsão: cada um empurra o outro para mais longe possível.

Porém entre nós e os prótons, que possuem

cargas positivas, a atração é irresistível!

Nos átomos somos numericamente iguais aos

protons existente no núcleo, por isso os átomos

apresentam-se, geralmente, neutros.

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Na eletrização ocorre transferência de elétrons de um corpo para outro.

Carga positiva

“falta de elétrons”

Carga negativa

“excesso de elétrons”

Como ocupamos regiões em torno do núcleo, sempre que adquirimos energia

suficiente, podemos escapar do campo de influência do núcleo e passar de um material

para outro.Isto ocorre na ELETRIZAÇÃO.

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Série triboelétrica

Mão humanaPele de coelhoVidroNylonSedaPapelBorrachaAcetatoPoliesterisoporPVC

Mais positivo

Mais negativo

Exemplo: vidro com seda

Vidro (+) e seda (-)

A série indica para onde nos

transferimos quando 2 materiais são

colocados em forte contato, como o

atrito.

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Em alguns materiais, muitos de nós, somos livres.

Temos a liberdade de compartilhar com diversos átomos e,

sob influência externa, movimentamos através da matéria.

Condutores e Isolantes

.Não possuem eletrons

livres.

As cargas ficam localizadas.

O material isolante não transmite eletricidade.

Eletrização e Neutralização por contato

MATERIAL CONDUTOR

Possuem eletrons livres.Eles podem se

movimentar, e levar energia de um

ponto para outro

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Processo de separação de cargas que ocorre num

condutor sob influência de cargas externas externas.

Indução eletrostáticaTemos muita mobilidade dentro de um condutor.

Sob a influência de uma carga externa nós

deixamos uma região negativa e outra positiva.

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O eletróforo de Volta

Eletrizando por indução

O sinal da carga residente no corpo eletrizado é oposto

ao da carga indutora.

A nossa tendência é “fugir” para mais longe possível de

outras cargas negativas.

Principalmente quando um condutor permite que isto

ocorra .

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Inventou a balança de torsão para medir a força elétrica entre

duas esferas.

O experimento de Coulomb

F = kq1q2/d2Charles A

Coulomb (1736 – 1806)

Cargas eletricasUnidade de carga1 coulomb = 1 C

Constante de Coulomb

k = 9×109 N/C2·m2

Entre nós, cargas negativas, a força elétrica é de repulsão.

O mesmo ocorre entre cargas positivas.

Porém entre nós e os protons,cargas de sinais opostos, ela é de atração.

Quanto mais próximos, mais intensa é a força elétrica.

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A nossa carga é chamada de “carga elementar” e é

simbolizada pela letra “e”.Quantos de nós são

necessários para constituirmos uma carga 1 C?

625 x 1016 cargas elementares

são necessáriospara formar 1 C

Carga elementar

e = 1,6 x 10-19 C

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Propriedade Física

• Os prótons e os elétrons são portadores de carga elétrica.

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Carga elementar e Quantidade de Carga Elétrica

• 1 carga elétrica elementar (e) = 1,6 x 10-19 C (Coulomb).

• A quantidade de carga elétrica de um corpo é dada pela expressão:

Q = +/- n . eQ = +/- n . e Onde:

Q – quantidade de carga elétrica.

e – carga elétrica elementar

+/- número de prótons ou elétrons em excesso

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Corpos neutros e corpos eletrizados

• Os objetos materiais são formados por átomos, o que significa que eles são constituídos de elétrons e prótons (e nêutrons).

• Um objeto neutro possui mesmo número de elétrons e prótons.

• Um corpo eletrizado (ou eletricamente carregado) apresenta um desequilíbrio nos números de prótons e elétrons.

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Corpos neutros e corpos eletrizados

Corpo negativamente carregado: número de elétrons superior ao número de prótons.

Corpo positivamente carregado: número de prótons superior ao número de elétrons.

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Corpo eletricamente neutro

Corpo eletrizado positivamente

Corpo eletrizado negativamente

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PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA ELETROSTÁTICA

• Corpos de sinais iguais se repelem.

• Corpos de sinais diferentes se atraem.

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Condutores e isolantes

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Condutores e isolantes

• Nos condutores, um ou mais dos elétrons das camadas mais externas desses átomos não estão firmemente presos aos núcleos. Estes elétrons são também chamados de elétrons livres.

• Em outros materiais, borracha e vidro, por exemplo, os elétrons estão firmemente ligados aos núcleos. Estes materiais são chamados de isolantes.

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Processos de eletrização

• Eletrização é o processo no qual um corpo, inicialmente neutro, é eletrizado.

• Neste processo os elétrons são adicionados ou removidos de um corpo.

• Existem três processos de eletrização: Atrito, contato e indução.

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Processos de eletrizaçãoEletrização por atrito

Ocorre quando atritamos dois corpos de substâncias diferentes (ou não), inicialmente neutros, e haverá transferência de elétrons de um corpo para o outro, de tal forma que um corpo fique eletrizado positivamente (cedeu elétrons), e outro corpo fique eletrizado negativamente (ganhou elétrons)

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Processos de eletrização

• Ex: Lã e vidro

Ao final do processo temos dois corpos eletrizados. O vidro carregado positivamente e a lã negativamente.

Inicialmente a lã e o vidro estão neutros e, portanto, em cada objeto encontramos o mesmo número de prótons e elétrons.

Ao atritar os dois objetos os elétrons são transferidos do vidro para a lã.

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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato

Ocorre quando um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. O excesso de carga do corpo eletrizado é distribuído entre os dois corpos.

Quando os dois corpos possuem as mesmas dimensões, a carga é igualmente distribuída.

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Processos de eletrização

Eletrização por contato

Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente

Corpo A (EletrizadoNegativamente)

Corpo B (neutro)

O sinal negativo representa o excesso de elétrons no corpo A.

A B

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B

Processos de eletrização

Eletrização por contato

Exemplo 1: Corpo eletrizado negativamente

Os elétrons em excesso do corpo A são transferidos para o corpo B até que ambos possuam a mesma

carga elétrica (corpos idênticos).

A

Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.

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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato

Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Corpo A (Eletrizadopositivamente)

Corpo B (neutro)

O sinal positivo representa o excesso de prótons no corpo A.

A B

O corpo B possui o mesmo número de prótons e elétrons.

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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato

Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron

transferido de B neutraliza um próton em excesso de A

A B

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Processos de eletrizaçãoEletrização por contato

Exemplo 2: Corpo eletrizado positivamente

Quando o contato é estabelecido entre os dois corpos, os elétrons de B são transferidos para A. Cada elétron

transferido de B neutraliza um próton em excesso de A.

A

Ao final do processo temos dois corpos eletrizados com cargas de sinais iguais.

B

Cada elétron neutraliza um próton.

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Processos de eletrização

Eletrização por Indução

Quando um objeto negativamente carregado é colocado próximo a uma superfície condutora, os elétrons se movimentam pela superfície do material, mesmo não havendo contato físico.

Bastão carregado negativamente

Os elétrons livres da esfera condutora se movimentam devido a repulsão elétrica.

Este é o princípio utilizado na eletrização por indução

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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução

Considere duas esferas metálicas que estejam se tocando, de modo que efetivamente formem um único condutor não-eletrizado.

Sendo assim, as esferas possuem o mesmo número de elétrons e prótons.Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica.

4 elétrons em excesso

4 prótons em excesso

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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução

Quando um bastão negativamente eletrizado é trazido para perto das esferas, os elétrons livres se movimentam devido à repulsão elétrica.

Se as esferas forem separadas com o bastão ainda presente, elas ficarão igualmente carregadas, mas com cargas de sinais opostos.

4 elétrons em excesso

4 prótons em excesso

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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução – aterramento

É possível eletrizar uma única esfera por indução se a tocarmos enquanto as cargas encontram-se separadas.

O bastão carregado positivamente provoca a separação de cargas na esfera

Ao tocar a esfera, elétrons são transferidos.

Ao final do processo a esfera possui excesso de elétrons.

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Processos de eletrizaçãoEletrização por Indução – aterramento

Este processo pode ser realizado com um fio ligado à terra (aterramento).

Os elétrons serão transferidos da terra para a esfera se o fio for ligado do lado positivo. Logo, a esfera ficará carregada negativamente.

Os elétrons serão transferidos da esfera para a terra se o fio for ligado do lado negativo. Logo, a esfera ficará carregada positivamente.

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Os raios

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Os raios• Uma nuvem pode ser eletrizar a partir das colisões entre as partículas que a constitui.

• Experiências realizadas com balões mostram que as nuvens de tempestades (responsáveis pelos raios) apresentam, geralmente, cargas elétricas positivas na parte superior e negativas na inferior.

• Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário.

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Os raios• Ao passar nas proximidades da superfície terrestre, a nuvem induz cargas de sinal contrário.

O raio – ou descarga elétrica – é constituído de elétrons que, neste caso, são transferidos da nuvem para a superfície terrestre.

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Os raios

Descarga elétrica da nuvem para o solo